“流浪”氣球的昔與今

涂原森 趙藝博 王鵬舉

法國造紙商孟戈菲兄弟制造的氣球

史海鉤沉

氣球的出現(xiàn)可謂歷史悠久，我國有關(guān)熱氣球相關(guān)原理的記載最早可追溯到漢武帝時(shí)期，淮南王劉安編撰的《淮南萬畢術(shù)》記載：“艾火令雞子飛”，其意是將燃燒的艾火放進(jìn)雞蛋殼里，艾燃燒產(chǎn)生的熱氣可以讓雞蛋殼飛起來。三國時(shí)期，諸葛亮用孔明燈成功脫困。五代十國時(shí)期，莘七娘用“松脂燈”傳遞軍事聯(lián)絡(luò)信號(hào)。唐宋時(shí)期，孔明燈在軍事中的應(yīng)用已經(jīng)相對成熟。明朝時(shí)期，抗倭名將戚繼光在抗倭戰(zhàn)斗中也廣泛使用孔明燈指揮作戰(zhàn)。幾百年來，各國對氣球系列技術(shù)平臺(tái)的研發(fā)應(yīng)用從未停止。

首戰(zhàn)運(yùn)用，嶄露頭角

完全意義上的熱氣球產(chǎn)生于18世紀(jì)，法國造紙商孟戈菲兄弟受到碎紙屑在火爐中升起這一現(xiàn)象的啟發(fā)，用亞麻布和紙制造出一只直徑12m的氣球，總質(zhì)量225kg，體積800m3，通過稻草和木材加熱，熱氣球升入400m高空，飛行了1.5km。之后，孟戈菲兄弟完成了世界上首次熱氣球載人空中航行。

法國大革命時(shí)期，熱氣球被應(yīng)用于戰(zhàn)場。在弗勒魯斯戰(zhàn)役中，法軍首次使用載人熱氣球追蹤奧地利和荷蘭軍隊(duì)。偵察人員坐在軍用氣球“創(chuàng)業(yè)號(hào)”的吊籃中升入高空，輕松完成空中偵察任務(wù)。同時(shí)，“創(chuàng)業(yè)號(hào)”也創(chuàng)造了歷史，成為有史以來第一只參加實(shí)戰(zhàn)的氣球。以至于維基百科等相關(guān)認(rèn)證也將其列為此次戰(zhàn)役中法軍兵力的一部分，書中記載“：70000名步兵、12000名騎兵、100門大炮、1只氣球。”

英國的彈幕氣球能夠抵御在5000 英尺（1524m）高度飛行的德國俯沖轟炸機(jī)，可以逼迫這些轟炸機(jī)飛得更高。照片拍攝于1940 年

集中使用，初顯崢嶸

南北戰(zhàn)爭期間，美國科學(xué)家和發(fā)明家薩迪厄斯·洛維（ThaddeusLowe）制造出一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可用于軍事偵察的氣球。北方聯(lián)軍將其部署到距地面1000英尺（304.8m）的高度，讓每只氣球搭載一名士兵，使用雙筒望遠(yuǎn)鏡來觀察南方盟軍的信息，或者輔助炮兵完成校射任務(wù)。但與地面建立聯(lián)系困難，信息傳遞受限，效率較低，戰(zhàn)場作用發(fā)揮有限。

廣泛發(fā)展，大顯身手

一戰(zhàn)期間，經(jīng)過不斷改進(jìn)，氣球由以往靠風(fēng)力提供動(dòng)力發(fā)展為由發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力驅(qū)動(dòng)螺旋槳（即飛艇），駕駛員對氣球的控制更加靈活，氣球的體積也更為龐大。隨著制作技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，極大拓展了氣球的任務(wù)功能，氣球用于偵察監(jiān)視已經(jīng)成為普遍現(xiàn)象，英、法、德等國都生產(chǎn)了大量氣球執(zhí)行軍事偵察、聯(lián)絡(luò)和運(yùn)輸任務(wù)，甚至攜彈進(jìn)行轟炸。德國率先將氣球改進(jìn)為飛艇投入戰(zhàn)場，主要承擔(dān)空中轟炸和偵察任務(wù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一戰(zhàn)期間，德國出動(dòng)齊柏林（Zeppelin）飛艇208次/艘，對英國實(shí)施51次空襲，有效牽制了英國的防空兵力，給英國造成巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

南北戰(zhàn)爭期間，美國科學(xué)家和發(fā)明家薩迪厄斯·洛維制造出一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可用于軍事偵察的軍用氣球

德國齊柏林飛艇

優(yōu)勢獨(dú)特，備受青睞：空中寵兒

學(xué)以致用，讓“流浪者”煥發(fā)青春氣球事件發(fā)酵的同時(shí)，給其他國家一些啟發(fā)：一是氣球可以作為一種廉價(jià)的偵察平臺(tái)，二是想將它打下來，由于其飛行高度等原因技術(shù)門檻又很高。

受美軍的啟發(fā)，俄烏沖突中，俄軍思路大開，利用廉價(jià)的氣球進(jìn)行“隱真示假”。據(jù)媒體報(bào)道，俄軍利用高空氣球加掛金字塔形狀的反射板，目的是用于干擾烏軍的地面雷達(dá)。此種多面立體角反射器，不是為了隱身，而是反其道而行之，目的是最大程度地暴露自己。多角度反射器可以有效反射烏軍的雷達(dá)波，眾多加掛反射板的氣球伴隨戰(zhàn)斗機(jī)一起行動(dòng)，嚴(yán)重干擾烏軍雷達(dá)的探測能力，且一旦烏軍雷達(dá)開機(jī)，將會(huì)被俄軍的反輻射導(dǎo)彈鎖定并摧毀。

超長待機(jī)，駐空時(shí)間長

飛機(jī)在飛行的整個(gè)過程都在消耗燃料，即使是小、輕、節(jié)省燃料的無人機(jī)，滯空時(shí)間也受限，其飛行時(shí)間通常以小時(shí)來計(jì)算，而高空氣球除本身消耗燃料少或不消耗外，其滯空時(shí)間一般只受氣象條件和設(shè)備保障等因素的影響，通常以天甚至月來計(jì)算。目前，高空氣球以使用電能為主，而隨著大容量儲(chǔ)電、燃料加壓存儲(chǔ)、新能源等技術(shù)的日益成熟，已能確保氣球平臺(tái)能夠長時(shí)滯空待戰(zhàn)。例如，俄羅斯宣稱，其研制的PA1-720D“佩列斯韋特”（Peresvet）氣球系統(tǒng)采用一些創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念，“久不落地”甚至“永不落地”的目標(biāo)正由理想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

包羅萬象，覆蓋范圍廣

如今，低空飛行器及精確打擊武器大量投入實(shí)戰(zhàn)，由于地球曲率的影響，陸基雷達(dá)探測距離受限，空中預(yù)警機(jī)和衛(wèi)星成為主要的監(jiān)視手段，但難以實(shí)現(xiàn)全時(shí)段全范圍空中探測，氣球平臺(tái)可通過裝載下視雷達(dá)或光學(xué)傳感器等設(shè)備，構(gòu)成大范圍、廣視角和高分辨率監(jiān)視平臺(tái)，成為廣域覆蓋低空和地面目標(biāo)的“天眼”。俄羅斯“美洲豹”高空氣球，能在不需任何技術(shù)維護(hù)的情況下，在空中停留1個(gè)月，可晝夜執(zhí)行偵察和監(jiān)視任務(wù)。在3000～5000m的高度，它能用所搭載的雷達(dá)發(fā)現(xiàn)方圓300km內(nèi)的低空飛行目標(biāo)。美國雷神公司研發(fā)的巨型氣球自身質(zhì)量約16噸，載重量約66噸，能攜帶大型雷達(dá)在30km的高空長時(shí)間工作，3只巨型氣球可以監(jiān)控北緯45°以北地區(qū)，30只就可監(jiān)控全球。

俄羅斯“美洲虎”高空氣球

美國雷神公司研發(fā)的巨型氣球

美國人伊戈?duì)枴づ了够鶢柤{克和他的團(tuán)隊(duì)研發(fā)出“龍之夢”（DRAGONDREAM）飛艇，這種現(xiàn)代化飛艇可以垂直升降，能夠改變目前航運(yùn)市場的局面?！昂苄〉臅r(shí)候我就幻想著，天上都是飛艇的樣子。長大后，我意識(shí)到飛艇的局限性，以及設(shè)計(jì)方面的問題?！币粮?duì)栒f：“后來我花費(fèi)很長時(shí)間試圖解決這個(gè)問題。”終于有一天半夜，突發(fā)奇想的伊戈?duì)柵榔饋韺⒔鉀Q方案匆匆記錄下來，這最終成為整個(gè)團(tuán)隊(duì)將飛艇飛入高空的出發(fā)點(diǎn)。

數(shù)年后，在加利福尼亞州空曠平原的一座巨大廠房里，有著4個(gè)“腳墊”的大家伙——伊戈?duì)枴褒堉畨簟憋w艇誕生了。伊戈?duì)柡退膱F(tuán)隊(duì)研發(fā)的這種直升飛艇，無需跑道，在任何地面條件下均可起降，承擔(dān)貨運(yùn)任務(wù)時(shí)，相同距離下所耗燃油只有飛機(jī)的1/3。

瞞天過海，生存能力強(qiáng)

高空氣球的工作高度可超過20km，目前的戰(zhàn)斗機(jī)對它鞭長莫及，只有防空導(dǎo)彈可以打到，而且其被雷達(dá)探測到的信號(hào)特征非常小，火控系統(tǒng)鎖定較為困難。目前的高空氣球主要填充氦氣，由于氦氣密度很小，屬于既不自燃也不助燃的惰性氣體，且球身的韌性材料即使被小彈片劃破后也不會(huì)輕易撕裂。因此，其遇襲爆炸的概率比燃油設(shè)備小很多。另一方面，如今大部分氣球的內(nèi)部氣室均做了分割化處理。充分保證了即使個(gè)別氣室內(nèi)的氣體泄漏，依然能在一定時(shí)段內(nèi)繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)。據(jù)了解，我國民用氣象氣球橫跨太平洋，“流浪”漂浮20000km之多，最終在其高度降低到18km的高度時(shí)，美軍使用目前世界上最先進(jìn)的戰(zhàn)機(jī)發(fā)射導(dǎo)彈才將其擊落。

美國人伊戈?duì)枴づ了够鶢柤{克和他的團(tuán)隊(duì)研發(fā)出“龍之夢”飛艇

使用成本低，經(jīng)濟(jì)價(jià)值高

同飛機(jī)和衛(wèi)星相比，高空氣球升降不需要專門的機(jī)場、跑道和發(fā)射場，也不需要昂貴的地面控制、導(dǎo)航裝置和發(fā)射運(yùn)載火箭的各種設(shè)備，所需運(yùn)營保障設(shè)施和人員較少，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較低。高空氣球不需要攜帶燃料，多使用常規(guī)電力，目前，太陽能、溫差、風(fēng)力、重力等發(fā)電形式多樣，可大大節(jié)約能源成本。而且其工作環(huán)境相對穩(wěn)定，制作工藝不像飛機(jī)和衛(wèi)星那樣苛刻，制作成本較低。報(bào)道稱，一只小型氣球的成本是幾萬美元。

氣球的優(yōu)勢不只成本低，還包括經(jīng)濟(jì)價(jià)值高。據(jù)俄羅斯軍事專家推算，像2017年俄國防部定型研制的配有PA1-720D“佩列斯韋特”氣球的空中通信系統(tǒng)，1只氣球平臺(tái)帶來的經(jīng)濟(jì)價(jià)值甚至相當(dāng)于幾十個(gè)地面通信中繼站。

功能多元，應(yīng)用廣泛：多域戰(zhàn)場的奇兵

空中預(yù)警的“偵察兵”

高空氣球進(jìn)行偵察的歷史由來已久。冷戰(zhàn)時(shí)期，美國曾經(jīng)針對蘇聯(lián)制作出一種直徑近40m的“間諜氣球”，吊籃內(nèi)配備先進(jìn)的攝像機(jī)和定位系統(tǒng)，能在18km的高空對蘇聯(lián)進(jìn)行拍照偵察。2001年爆發(fā)的阿富汗戰(zhàn)爭中，英軍將10m多長的氣球放置在600m多高的空中，下面用鋼鐵纜繩固定。通過纜繩中的信號(hào)傳輸線，地面基站可以接收到氣球上安裝的攝像頭和雷達(dá)捕捉到的信息，晝夜不停地對敵方進(jìn)行偵聽。

信息傳輸?shù)摹巴ㄐ耪尽?/p>

俄羅斯PA1-720D“佩列斯韋特”氣球能將質(zhì)量300kg的通信設(shè)備送到3500m的高空，能在幾千米高空傳送大量信息，可用于超遠(yuǎn)程無線電通信、超視距無線電定位，能夠?qū)⑺玖畈棵钛杆傧逻_(dá)給部隊(duì)。2021年，美軍在“雷云”演習(xí)中使用了8套高空氣球系統(tǒng)。這種氣球能飛到數(shù)萬米的高空，除進(jìn)行光電和電子偵察外，其另一個(gè)重要作用是作為通信節(jié)點(diǎn)，確保信息傳輸通暢，甚至能為遠(yuǎn)程精確打擊火力提供瞄準(zhǔn)信息。

防空遲滯的“阻絕網(wǎng)”

二戰(zhàn)時(shí)期，迫于德國空軍的壓力，英軍借助氣球的拖拽力，在其中間橫連鐵索，鐵索下懸掛鐵絲，組成一道道空中屏障。這種氣球防線，讓德軍飛行員難以達(dá)到理想的轟炸高度，有效降低了德軍轟炸效率。莫斯科保衛(wèi)戰(zhàn)期間，蘇軍曾將防空氣球升至4500m高空并用鋼纜相連，織起一張張“空中鐵網(wǎng)”，有力阻滯了德軍轟炸機(jī)的俯沖空襲?？扑魑謶?zhàn)爭中，面對以美國為首的北約部隊(duì)的狂轟濫炸，南聯(lián)盟在用“薩姆”防空導(dǎo)彈和高射炮進(jìn)行防御的同時(shí)，也將氣球這位“老將”請了出來，在重要目標(biāo)上空組成攔阻網(wǎng)，最終“擋”住了一些巡航導(dǎo)彈。

臨近空間的“發(fā)射臺(tái)”

隨著對高空氣球控制技術(shù)的不斷發(fā)展，世界各國都在加大研發(fā)力度，在精準(zhǔn)控制的基礎(chǔ)上拓展其臨近空間發(fā)射平臺(tái)功能，以達(dá)成運(yùn)用高空氣球發(fā)射衛(wèi)星而降低航天運(yùn)輸成本的目的。2019年，美國研發(fā)“雷古勒斯”高空氣球，用于高空投放火箭來發(fā)射微小衛(wèi)星，此氣球能夠反復(fù)升空飛行100多次，并配備用于保持穩(wěn)定和指向的多臺(tái)推力器，以及供長10m的三級(jí)火箭發(fā)射用的專利性滑軌系統(tǒng)，能將33kg的有效載荷送入550km的太陽同步軌道，或?qū)?7kg的有效載荷送入300km的圓軌道。

俄羅斯研制的PA1-720D“佩列斯韋特”氣球

瞄準(zhǔn)未來，融合創(chuàng)新：技術(shù)集成的新秀

如今，科技的進(jìn)步給高空氣球的運(yùn)用打開了新大門，隨著新材料、新能源、通信、人工智能等相關(guān)領(lǐng)域的深度融合與發(fā)展，氣球平臺(tái)的發(fā)展也將呈現(xiàn)新趨勢。

系統(tǒng)化

緊貼作戰(zhàn)需求，最大化拓展氣球的能力。利用信息控制技術(shù)組合，形成氣球平臺(tái)系統(tǒng)，是未來的發(fā)展趨勢。

目前，氣球平臺(tái)主要分為超大型和微小型兩類。超大型氣球平臺(tái)主要針對國防領(lǐng)域的戰(zhàn)略應(yīng)用，圍繞高性能、多功能等方面開展技術(shù)研究。美國海軍的ZPG-3W型空中預(yù)警氣球，體積超過40000m3，堪稱“空中巨怪”。微小型氣球平臺(tái)主要針對軍事戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用，圍繞小型化、集成化、低成本等方面開展技術(shù)研究。美國車載型WASP氣球體積僅為70m3。

以色列Skystar系列系留氣球平臺(tái)包括Skystar100、Skystar110、Skystar120、Skystar180、Skystar220、Skystar250、Skystar300、Skystar330等多種款式，其中，Skystar100全系統(tǒng)可打包至一個(gè)或兩個(gè)背包中，由單兵背負(fù)，氣球直徑2.8m，體積約12m3，系統(tǒng)總質(zhì)量8kg，載荷質(zhì)量2.5kg，升空高度100m，探測范圍1km，目標(biāo)辨識(shí)范圍500m，可以拍攝高清的圖片和視頻；Skystar120為車載型，可用微小型戰(zhàn)術(shù)汽車搭載。Skystar系列系留氣球升空后，地面觀之如同一顆砂礫。

未來，超大型、微小型氣球兩平臺(tái)間將通過指揮控制技術(shù)手段形成優(yōu)勢互補(bǔ)，打造新的氣球平臺(tái)綜合系統(tǒng)。

美國車載型WASP 氣球體積僅為70m3

以色列SkyStar-120 氣球可用微小型戰(zhàn)術(shù)汽車搭載

隱身化

許多國家和軍隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)性平流層氣球往往不易被防空系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，或常被誤認(rèn)為是不明飛行物，將其打造為空中武器平臺(tái)的潛力巨大。高空氣球的圓潤外形、塑料材質(zhì)、緩慢移動(dòng)速度和無輻射等特點(diǎn)，能有效規(guī)避雷達(dá)的反射波、衛(wèi)星的探測捕捉。據(jù)報(bào)道，美軍近年來研發(fā)一種可潛伏在敵方縱深的氣球平臺(tái)，通過特型設(shè)計(jì)和噴涂吸波漆料，規(guī)避常規(guī)雷達(dá)反射波和紅外成像偵察，并將這一計(jì)劃付諸聯(lián)合演習(xí)實(shí)踐。在未來，氣球平臺(tái)或許也能像深海中的潛艇一樣，成為令人膽寒的隱蔽殺手。

多能化

當(dāng)今，靈敏的紅外、微波、激光等各類遙感平臺(tái)，靈活的變速、變向、變高等集成操控設(shè)備，加之人工智能技術(shù)的有機(jī)嵌入，以及多學(xué)科耦合仿真、綜合性分析計(jì)算、場景化放飛試驗(yàn)等途徑，為氣球精準(zhǔn)執(zhí)行系列作戰(zhàn)任務(wù)提供了重要技術(shù)支撐。

同時(shí)，著眼未來遂行全域作戰(zhàn)任務(wù)，各國軍隊(duì)都在大力拓展氣球平臺(tái)的更多功能，美陸軍計(jì)劃打造無人機(jī)蜂群投放新平臺(tái)，利用高空氣球在40km高空投放隱身無人機(jī)蜂群。美國防部制定了一項(xiàng)技術(shù)集成演示計(jì)劃，將高空氣球和商業(yè)衛(wèi)星結(jié)合在一起，以探測高超聲速武器。